Le laser à la rescousse des communications spatiales longue distance (et de qualité)

28 mars 2021 à 20h00
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Nuit étoilée © Pexels
© Pexels / Enric Cruz López

Des chercheurs de l’université de technologie de Chalmers, en Suède, ont mis au point une nouvelle technologie de communication par laser qui pourrait révolutionner le domaine spatial. 

Actuellement, les communications longue distance dans l’Espace sont effectuées par signaux radio. À l’instar de toutes les ondes électromagnétiques, ces derniers se diffractent et s’élargissent au cours de leur voyage, donnant parfois des rendus de pauvre qualité. 

Des signaux radio qui nécessitent d’être amplifiés

Comme l'on peut le lire dans l'étude scientifique parue dans la revue Light: Science & Applications : « Les communications spatiales pour les missions dans l'Espace lointain, le transfert de données intersatellites et la surveillance de la Terre nécessitent une connectivité de données à haut débit. La portée est fondamentalement dictée par la puissance de transmission disponible, la taille de l'ouverture et la sensibilité du récepteur. Le passage des liaisons radiofréquences aux liaisons optiques est désormais sérieusement envisagé, car il permet de réduire considérablement l'affaiblissement des canaux dû à la diffraction. »

L’un des co-auteurs de cette étude, Peter Andrekson, explique qu’un faisceau radio émis de la Lune vers la Terre « divergerait généralement de la taille d'un continent ». Ainsi, une parabole de très grande taille est nécessaire pour capturer un signal radio venant d’un endroit (relativement) éloigné comme Mars.

Les récepteurs les plus larges détenus par la NASA mesurent par exemple 70 mètres. Si la lumière s’élargit elle aussi lorsqu’elle voyage, elle le fait de manière bien moins importante que les signaux radio. Un faisceau laser projeté depuis la Lune à la Terre divergerait, lui, « dans un rayon de deux kilomètres environ ». 

Avec la communication laser, les récepteurs ne mesurent que 20 centimètres. En outre, cette technologie permettrait de transporter bien plus d’informations que des signaux radio, le tout en meilleure qualité. Ils sont toutefois transmis avec moins de puissance : une fois reçus, leur traitement nécessite un niveau d’amplification très conséquent. Malheureusement, les amplificateurs utilisés à l’heure actuelle ajoutent un « bruit » déformant aux informations transmises. 

Premier test réussi

C’est ici que les travaux des scientifiques entrent en jeu. Ils ont mis au point un récepteur fondé sur la technique dite d’« amplification sensible à la phase ». Cette dernière manipule les interactions entre les photons pour amplifier un signal entrant sans en réduire la qualité. Afin de tester l’efficacité de ce récepteur, ils l’ont essayé dans un laboratoire imitant le vide spatial, tout en ajoutant la diffraction pour simuler la distance. 

Le système, qui fonctionne à température ambiante, est ainsi parvenu à recevoir des informations à un débit de 10,5 gigabits d'informations par seconde sans qu’aucun bruit ne soit venu parasiter les données. S'il était davantage développé, un tel dispositif aurait un réel effet sur les communications spatiales lointaines, que ce soit entre les satellites, les sondes et la Terre, mais également dans l’optique de futurs voyages habités vers Mars.

Désormais, les chercheurs doivent trouver un moyen de contrecarrer la distorsion causée par l’atmosphère terrestre lorsque les signaux la traversent. 

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Voigt-Kampf
Pas sûr que ce soit la panacée non plus pour les longues distances il faudra viser le ou les récepteurs avec une précision extrême. Une déviation de quelques millième de degrés en angulaire et vous pouvez être totalement aux fraises.
gamez
jvois pas le problème. cette précision on l’a déjà pour viser loin, notamment pour l’observation de ce qui se passe (se passait plutot) à des milliers/millions/milliards d’années lumière: trous noirs etc…
philumax
«&nbsp;Désormais, les chercheurs doivent trouver un moyen de contrecarrer la distorsion causée par l’atmosphère terrestre lorsque les signaux la traversent.&nbsp;»<br /> On mettra le récepteur dans l’espace.
Voigt-Kampf
Pointer un laser (onde qui se concentre en un faisceau) est totalement différent de pointer un téléscope/radio-téléscope pour capter des ondes qui se diffusent (en gros, si tu ne pointes pas précisément le laser tu auras zéro signal, alors qu’une antenne téléscope tu vas capter même si tu ne pointes pas pile dessus, ce qui permet d’affiner ton pointage). Hugo Lisoir dans une de ses vidéos (communication par laser) l’explique bien.
tfpsly
Voigt-Kampf:<br /> Pointer un laser (onde qui se concentre en un faisceau) est totalement différent de pointer un téléscope/radio-téléscope pour capter des ondes qui se diffusent (en gros, si tu ne pointes pas précisément le laser tu auras zéro signal, alors qu’une antenne téléscope tu vas capter même si tu ne pointes pas pile dessus<br /> Tu peux avoir le même effet avec un laser en le défocusant légèrement. De toute façon un laser parfaitement focusé (collimaté pour être précis) n’existe pas.<br /> … due to diffraction, that can only remain true well within the Rayleigh range. The beam of a single transverse mode (gaussian beam) laser eventually diverges at an angle which varies inversely with the beam diameter, as required by diffraction theory. Thus, the «&nbsp;pencil beam&nbsp;» directly generated by a common helium–neon laser would spread out to a size of perhaps 500 kilometers when shone on the Moon (from the distance of the earth).<br /> the light from a semiconductor laser typically exits the tiny crystal with a large divergence: up to 50°. However even such a divergent beam can be transformed into a similarly collimated beam by means of a lens system<br />
Voigt-Kampf
tfpsly:<br /> Voigt-Kampf:<br /> Pointer un laser (onde qui se concentre en un faisceau) est totalement différent de pointer un téléscope/radio-téléscope pour capter des ondes qui se diffusent (en gros, si tu ne pointes pas précisément le laser tu auras zéro signal, alors qu’une antenne téléscope tu vas capter même si tu ne pointes pas pile dessus<br /> Tu peux avoir le même effet avec un laser en le défocusant légèrement. De toute façon un laser parfaitement focusé (collimaté pour être précis) n’existe pas.<br /> Oui bien sûr mais tu ne peux pas trop «&nbsp;défocuser&nbsp;» le laser sinon le signal sera trop dégradé. Bref, le laser aura ses applications pour ses avantages (puissance et qualité du signal) mais les communications radio-téléscopique resterons encore très longtemps comme indispensables.
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